background image

 

 

 

Adam Paweł Zaborski 

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of 

modern construction” is co-financed by the European Union within the confines of the European Social Fund 

and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education. 

5. Simple beams 

Introduction 

Differential relationships between cross-section forces 

In the case of straight beam we have the boundary value problem (BVP)

1

)

(

)

(

),

(

)

(

),

(

)

(

2

2

x

q

x

x

M

x

q

x

x

Q

x

Q

x

x

M

=

=

=

d

d

d

d

d

d

 

The order of the bending moment equation is two orders greater than the continuous loading, see the table 
below. 

continuous loading 

bending moment equation (diagram) 

q

 = 0, no continuous loading 

linear 

q(x)

 = const. 

2

nd

 order (nonlinear, 2

nd

 order parabola) 

q(x)

 is linearly variable 

3

rd

 order (nonlinear, 3

rd

 order parabola) 

It results from the sign convention, that the bending moment diagram convexes in the sense of the 
continuous loading. Moreover, the bending moment maximum is attained at the section where the shear 
force vanishes. 

Example 

2.0 

30 kN 

15 kN/m 

25 kNm 

2.5 

2.0 

3.5 

2.0 

 

Fig. 5.1 Simply supported beam 

Write cross-section equations and draw their diagrams for the beam in Fig. 5.1. If not stated, the 
dimensions are in [m] and the angle is 45 degrees. 

Solution 

Beam reactions: 

R

H

V

2.0 

30 kN 

15 kN/m 

25 kNm 

2.5 

2.0 

3.5 

2.0 

 

Fig. 5.2 Beam with reactions 

=

+

+

=

=

78

.

30

12

2

2

/

2

30

75

.

5

5

.

3

15

25

0

A

B

V

M

kN 

=

+

+

=

=

94

.

42

12

10

2

/

2

30

25

.

6

5

.

3

15

25

0

B

A

R

M

kN 

21

.

21

0

=

=

A

H

X

kN 

Verification: 
                                                 

1

 Boundary value problem – a differential equation (or set of equations) with the boundary conditions (BCs). For the equation of 

n

-th order there are n BCs. 

background image

 

 

 

Adam Paweł Zaborski 

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of 

modern construction” is co-financed by the European Union within the confines of the European Social Fund 

and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education. 

=

=

+

=

+

=

0

01

.

0

72

.

73

71

.

73

72

.

73

21

.

21

5

.

52

94

.

42

78

.

30

2

/

2

30

5

.

3

15

Y

, OK! 

Cross-section forces equations: 

5

.

2

0

<

x

 

=

=

=

=

=

[kN]

 

[kN]

 

[kNm]

 

21

.

21

)

(

78

.

30

)

(

95

.

76

)

5

.

2

(

,

0

)

0

(

,

78

.

30

)

(

x

N

x

Q

M

M

x

x

M

 

5

.

4

5

.

2

<

x

 

=

=

=

=

=

[kN]

 

[kN]

 

[kNm]

 

21

.

21

)

(

78

.

30

)

(

5

.

113

)

5

.

4

(

,

95

.

51

)

5

.

2

(

,

25

78

.

30

)

(

x

N

x

Q

M

M

x

x

M

 

8

5

.

4

<

x

 

(

)



=

=

=

=

=

=

=

[kN]

 

[kN]

 

[kNm]

 

21

.

21

)

(

72

.

21

)

8

(

,

78

.

30

)

5

.

4

(

),

5

.

4

(

15

78

.

30

)

(

4

.

129

)

8

(

,

5

.

113

)

5

.

4

(

,

2

5

.

4

15

25

78

.

30

)

(

2

x

N

Q

Q

x

x

Q

M

M

x

x

x

M

 

(due to change of shear force’s sign, we calculate the bending moment extremum) 

[kNm]

 

1

.

145

)

552

.

6

(

,

552

.

6

0

)

(

=

=

=

M

x

x

Q

 

(we use continuous loading resultant) 

10

8

<

x

 

=

=

=

=

=

=

[kN]

 

[kN]

 

[kNm]

 

21

.

21

72

21

5

3

15

78

30

93

.

85

)

10

(

,

4

.

129

)

8

(

),

25

.

6

(

5

.

3

15

25

78

.

30

)

(

N(x)

.

-

.

-

.

Q(x)

M

M

x

x

x

M

 

(for the last interval we use another coordinate, 

1

x

2

0

1

<

x

 

=

=

=

=

=

=

=

=

0

)

,

94

.

42

93

.

42

2

/

2

30

72

.

21

10

94

.

42

)

(

)

10

(

88

.

85

)

2

(

,

0

)

0

(

,

94

.

42

)

(

1

1

1

1

N(x

OK

 

(

:

ver.

[kN],

 

[kNm]

 

V

)-P

x

Q

x

Q

x

M

M

M

x

x

M

 

Cross-section forces diagrams: 

 

 

 

Fig. 5.3 Cross-section forces diagrams 

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and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education. 

Workshop theme 

Construct the cross-section forces diagrams for the beam in Fig. 5.4. 

α

 

 

Fig. 5.4 Simple beam 

Input data: 
P

 = ...........(10÷150 kN), 

α

 = ........(15°÷75°), q = .........(10÷80 kN/m), a = ......, b = ..., c = ......(1÷3.5 m) 

Review problems 

Simple beams

 

Fig. 5.5 Simple beams – review problems 

background image

 

 

 

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Addendum 

Hints 

Tip: There are two typical students’ errors: 

  an incomplete section; section does not determine the subsets properly, in effect the subsets are not 

disjoint 

  a section without suitable internal forces or cross-section forces 

Tip: The best proportion of the diagram is the height/length ratio = 1/3 (approx.)